Tutkijat jatkavat aurinkokunnan tutkimusta, ja se näyttää erittäin mielenkiintoiselta. Esimerkiksi modernit planeetta kiertoradalla sijaitsevat satamajohdot, jotka paljastavat aurinkojärjestelmän alkuperän ankarat olosuhteet - ja mahdollisesti tähtienvälisen jättilän olemassaolon, joka harhaili kauan sitten. Aurinkokuntamme on kuin rikospaikka, joka tapahtui 4,6 miljardia vuotta sitten.
Nykyaikaiset kiertoradat kiertävät satamanäkymiä, jotka paljastavat aurinkokunnan alkuperän ankarat olosuhteet - ja mahdollisesti tähtienvälisen jättilän olemassaolon, joka harhautti kauan sitten.
Aurinkokuntamme on kuin rikospaikka, joka tapahtui 4,6 miljardia vuotta sitten.
Kraattereilla täynnä olevat pinnat, siirretyt planeetan kiertoradat ja planeettojen välisten roskien pilvet ovat kosmisia analogeja seinällä olevista veren roiskeista ja takaa-ajamisesta lähtevän auton liukumerkkejä. Nämä ja muut vihjeet kertovat planeettaperheemme kaoottisesta alkuperästä.
Näiden jalanjälkien joukossa on vihjeitä kadonneesta sisaruksesta, planeetasta 9 (ei, ei Pluutosta), joka on heitetty pois gravitaatio-sodasta, joka seurasi aurinkokunnan alkuperäistä muodostumista.
Nykyään aurinkojärjestelmän reuna-alueilla hallitsee neljä suurta planeettaa: Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus. Niiden takana on Kuiperin vyö - jään sirpalekenttä, josta löytyy Plutoa.
"Älä usko, että aurinkokunnan reuna on aina ollut sama kuin nyt", sanoo Coloradon Boulderin Lounais-tutkimusinstituutin planeettatutkija David Nesvorny, joka puhui ensin karkaavan planeetan puolesta vuonna 2011. vuosi.
Nesvorni on osa tutkijaryhmää, joka yrittää selvittää, kuinka aurinkokunta kehittyi olemassaolonsa ensimmäisen muutaman sadan miljoonan vuoden aikana. Kehittyneitä tietokonemalleja käyttämällä tutkijat laativat kronologian vastasyntyneiden planeettojen välisistä törmäyksistä, jotka syntyivät suhteellisen lähellä toisiaan - ne vuorotellen liukuivat ja hyppäsivät kiertoradalta toiselle. Nämä mallit ovat paljastaneet monia pieniä yksityiskohtia siitä, kuinka planeetat, asteroidit ja komeetat pyörivät auringon ympäri tänään.
Mainosvideo:
Oli vain yksi ongelma. Tyypillisesti simuloidut skenaariot päättyivät joko Uranuksen tai Neptunuksen karkottamiseen aurinkokunnasta, kuten Nesvorni kirjoitti syyskuussa vuosittaisessa tähtitieteen ja astrofysiikan katsauksessa.
Koska todellisuudessa Uranus ja Neptune pysyvät paikoissaan - avaruusalukset ovat käyneet molemmissa - jokin näissä tilanteissa ei toiminut. Kuten monet tutkijat epäilevät, tämän mysteerin avaintekijä ja puuttuva linkki aurinkokunnan historiassa voi kuitenkin olla viides jättiläinen planeetta.
Kadonnut planeetta
Tähtitieteilijät luottavat tietokonemalleihin luodakseen nämä muinaiset kohtaukset luomalla tuhansia erilaisia aurinkojärjestelmiä tuhansilla eri tavoilla. He kääntävät fysiikan lait ja minkä tahansa alkuperäisen planeetta-aseman he ajattelevat ohjelmakoodiksi. Tutkija asettaa parametrit - yhden planeetan täällä, joukon asteroideja siellä - ja nojaa sitten takaisin tuolilleen ja antaa simuloidun ympäristön tehdä kaiken työn hänen puolestaan. Muutaman viikon kuluttua reaaliajassa - miljoonia vuosia mallissa - tähtitieteilijä tarkistaa tulokset nähdäkseen mitä aurinkojärjestelmälle tapahtui. Mitä lähempänä se on todellisuutta, sitä menestyvämpi malli on.
Tämän teki Nesvorni vuonna 2009. Hän kaivoi virtuaalisia aurinkojärjestelmiä yrittäessään pelastaa virtuaalisen Uraanin ja virtuaalisen Neptunuksen heidän virtuaalisista poluistaan avaruudessa.
Ongelmana oli Jupiter, jättiläinen huligaaniplaneetta, jonka painovoima voi ulottua riittävän kaukana pienempien planeettojen ja erilaisten roskien ympärille ajamiseksi. Tähän mennessä menestyneimmässä simulaatiossa Jupiter ja toinen kahdesta ulommasta planeetasta pakenivat toisistaan ja lopulta asettuivat nykyisille kiertoradallaan. Mutta niin tapahtui vain yhdellä prosentilla kaikista malleista. Jäljelle jäävissä 99%: n tapauksissa Jupiter heitti Uraania tai Neptunusta niin kovasti, että he jättivät aurinkokunnan ja eivät koskaan palanneet siihen.
"Tämä teki tilanteesta erittäin salaperäisen, koska tiesimme, että Uranus ja Neptune olivat edelleen olemassa nykyisessä muodossaan", Nesvorni sanoo. Joten hän jatkoi kokeilua. Vuotta lukemattomien erilaisten skenaarioiden simuloinnin jälkeen hän alkoi miettiä marttyyriplaneettojen lisäämistä - ylimääräisiä planeettoja uhrasi lopun pelastamiseksi.
"Simuloin heidän olemassaoloaan vain nähdäkseen mitä tapahtui, en siksi, että ajattelin tosissani itse ajatusta", Nesvorni sanoo. "Mutta sitten tajusin, että siinä voi olla kohtuullinen vilja." Hän suoritti noin 10 000 skenaariota, muuttaen ylimääräisten planeettojen lukumäärää, niiden alkuperäistä sijaintia ja kunkin massaa.
Paras vaihtoehto, joka ennakoi tarkimmin aurinkokunnan järjestelmämme nykyisen tilan, osoittautui vaihtoehdoksi, jossa ylimääräinen planeetta sijaitsi Saturnuksen ja Uranuksen alkuperäisten kiertoratojen välissä. Massan suhteen planeetta oli suunnilleen yhtä suuri kuin Uranus ja Neptune, ja oli melkein 16 kertaa suurempi kuin Maa. Se on sellainen planeetta, joka voisi törmätä Jupiterin kiertoradalle ja lentää ulos aurinkokunnasta.
Kaavio näyttää kuinka planeettojen ja auringon välinen etäisyys on muuttunut ajan myötä. Muutaman miljoonan vuoden ajan tietokonemallissa kiertoradat muuttuivat hitaasti, sitten Saturnuksen (vihreä) ja ylimääräisen planeetan (violetti) välillä oli tiivis kontakti, mikä johti kiertoratojen epävakauteen. Pisteviivat osoittavat kiertoratojen nykyiset koot. (Lähde: otettu D. Nesvornyn materiaaleista / Knowable-lehden tähtitieteen ja astrofysiikan osiosta, 2018.)
Mahdollisuudet ovat edelleen pienet. Seuraavissa malleissa tämä linjaus päättyi menestykseen noin viidessä prosentissa ajasta. "Aurinkokunnan olemassaolo ei ole tyypillinen eikä ennustettavissa", Nesvorny totesi vuonna 2012 lehdessään yhteistyössä kollegansa Alessandro Morbidellin kanssa Ranskan Rivieran observatoriosta. Tästä huolimatta malli paransi merkittävästi 1%: n onnistumisastetta niille malleille, jotka sisälsivät vain ne neljä jättiläistä planeettaa, joita tunnemme ja rakastamme tänään.
"Jos oletetaan viidennen planeetan, on paljon helpompaa selittää mitä tapahtuu", sanoo Ranskan Bordeaux'n yliopiston planeettatutkija Sean Raymond. Ja vaikka todisteet ovat enimmäkseen epäsuoraa, "on paljon loogisempaa olettaa, että silloin oli myös viides planeetta".
Tämä voi tuntua erittäin kiistanalaiselta oletukselta. Kuinka tähtitieteilijät tietävät mitä neljä miljardia vuotta sitten tapahtui edes planeetoilla, joita voimme nyt havaita, puhumattakaan niistä, joista emme tiedä mitään? Kuitenkin osoittautuu, että planeetat ovat jättäneet paljon nuorten taisteluarvoja todisteiksi tulevaisuuden etsijöille.
Planetaarinen veren roiske
"Olemme enemmän kuin vakuuttuneita siitä, etteivät planeetat ole lähtöisin sieltä, missä he ovat nykyään", sanoi Nathan Keib, planeettatutkija Oklahoman yliopistossa Normanissa.
Tämä toteutuminen tapahtui kuitenkin melko hiljattain. Suurimman osan historiasta astrologit ovat epäileneet, että planeetat ovat aina olleet nykyisillä kiertoradallaan. Mutta 1990-luvun alkupuolella tutkijat huomasivat, että jotain puuttui tällaisesta mallista.
Neptunus ja Triton.
Aivan Neptunuksen kiertoradan yläpuolella on Kuiper-vyö, aurinkoa ympäröivien jääjätteiden sironta. "Tämä on meidän vereroiske seinällä", sanoo Kalifornian teknillisen instituutin planeettatutkija Konstantin Batygin.
Kuiper-vyöobjektien sijainti johti tutkijat väistämättömään johtopäätökseen: Neptuunin olisi pitänyt muodostaa paljon lähempänä aurinkoa kuin sen nykyinen sijainti osoittaa. Monet Kuiper Belt -objektit kohoavat yhteen samankeskeisillä kiertoradalla, jotka muistuttavat epämääräisesti musiikillisen levyn uria. Nämä kiertoradat ovat tuskin satunnaisia - ne liittyvät suoraan Neptuuniin.
Esimerkiksi Pluto on Kuiper-vyön tunnetuin asukas. Hän ja pari sataa meille tunnettujen matkustajiensa joukossa tekevät täsmälleen kaksi kierrosta Auringon ympäri kolmessa, jotka Neptunus tekee samalla ajanjaksolla. Muut vyövirtavirrat tekevät yhden täydellisen vallankumouksen jokaisesta kahdesta, jonka Neptunus täydentää - tai pikemminkin neljä jokaisesta seitsemästä.
Kuiper-hihnaa ei voitu tehdä tällä tavalla ilman ulkoista vaikutusta. Kuitenkin, jos oletetaan, että Neptunus nousi lähemmäksi aurinkoa ja siirtyi sitten ulospäin, sen painovoima olisi riittävän vahva tarttumaan planeettojen väliseen roskaan verkkoihinsa ja lähettämään sen näille epätavallisille kiertoradalle.
Tämä malli osoittaa, kuinka ulkoisten planeettojen (vasemmalla oleva kuva) läheinen järjestely voi muuttua ajan myötä. Jupiterin ja Saturnuksen kiertoradat ovat lähentymässä (keskikuva), mikä johtaa muutokseen kaikissa muissa kiertoradoissa. Erityisesti tässä mallissa vaihdetaan Uranus ja Neptune. Jonkin aikaa myöhemmin (kuva oikealla) avaruusjätteet ovat hajallaan - osa niistä asettuu Kuiper-vyöhön, kun planeetat alkavat liikkua kohti nykyisiä kiertoratojaan. (Lähde: mukautettu Astromark / Wikimedia Commonsista.)
Tämä tapahtui samaan aikaan joidenkin vuosikymmenen aikaisemmin saatujen mallien ennusteiden kanssa.
Planeettien muodostuminen jätti koko aurinkokunnan hajallaan olevan roskien sekaan. Kaikki fragmentit, jotka pääsivät liian lähelle Neptunusta, väistämättä kuuluvat sen painovoiman vaikutukseen. Koska jokaista toimintaa seuraa sama oppositiovoima, joka kerta, kun Neptunus työnsi shardia, hän itse siirtyi vastakkaiseen suuntaan. Hitaasti, mutta varmasti, Neptunus hiipi auringosta.
Neptunuksen muuttoprosessi koskee myös muita jättiläinen planeettoja. Loppujen lopuksi Jupiter, Saturnus ja Uranus matkustivat saman roskakentän läpi ja käsittelivät samanlaisia painovoimavuorovaikutuksia. Ja jos Neptunus muutti uuteen paikkaan, niin sen olisi pitänyt tapahtua kaikkien muiden jättiläisten planeettojen kanssa.
Ja tämä prosessi ei selvästikään ollut sujuvaa.
Pysymättömien törmäysten kanssa kaiken tämän roskien kanssa olisi pitänyt muuttaa jättiläinen planeettojen kiertoradat täydellisiksi, hoikkaiksi ympyriksi - samoin kuin keramiikan pyörän savi tasoittaa keramiikan lujan käden. Kiertoradat osoittautuivat kuitenkin aivan erilaisiksi. Sen sijaan jättiläinen planeetta liikkuu hiukan pitkänomaisella ja vääristyneellä kiertoradalla. Ikään kuin joku osuu pyörään muotoilemalla uudelleen kerran pyöreitä ruukkuja.
Jupiter hyppää
Vuoteen 2005 mennessä tutkijat olivat löytäneet syyllisen. Uudet mallit ehdottivat, että jossain vaiheessa jättiläinen planeetta meni läpi tutkijoiden kutsuman "dynaamiseksi epävakaudeksi". Toisin sanoen, noin miljoonan vuoden ajan, kaikki muuttui hulluksi pyörremyrskyksi. Todennäköisin syy tähän näytti olevan sarja Saturnuksen ja Uranuksen tai Neptunuksen - eli yhden jään jättiläisten - välillä, jotka lähettivät yhden niistä suoraan Jupiteriin. Heti kun kadonnut planeetta lähestyi, sen painovoima veti Jupiteria, hidastaen sitä ja työntäen sen kapeammalle kiertoradalle. Jupiter veti kuitenkin tunkeutuvan planeetan yhtä voimakkaasti. Jään jättiläinen oli paljon kevyempi ja kiihtyi paljon enemmän kuin Jupiter hidastui ja suuntasi pois auringosta.
Tällainen tapaus olisi painovoimainen pogrom aurinkokunnalle. Jupiter hyppäsi syvemmälle sisäänpäin, kun taas loput planeetat hyppivät ulospäin. Tällainen työntö taivuttaisi jättiläinen planeettojen kiertoradat nykyiseen tilaansa. Lisäksi se pelastaisi sisäisen aurinkokunnan - elohopean, Venuksen, maan, Marsin ja asteroidihihnan - sekä Jupiterin että Saturnuksen painovoimalta, mikä oli toinen ongelma varhaisimmissa malleissa.
Mikä vie meidät Uranuksen tai Neptunuksen poistamiseen järjestelmästä. Juuri simulaation tässä vaiheessa Jupiter heittää useimmiten yhden jään jättiläisistä.
Tämä on se ongelma, jonka Nesvorny yritti ratkaista rikkomatta kaikkea muuta toimineissa simulaatioissa. Ylimääräinen jään jättiläinen vie iskun voimakkaasti Jupiterilta antaen loput skenaariosta kyvyn avautua esteettömästi.
"Tämä on melko uskottavaa", Batygin sanoo. "Ei ole totta, että aina on ollut tarkalleen kaksi jään jättiläistä kolmen sijasta." Päinvastoin, hän sanoo, jotkut laskelmat sallivat alkuperäisen olemassaolon jopa viidelle Neptunuksen kaltaiselle planeetalle.
Batygin ja hänen kollegansa tutkivat tätä asiaa samanaikaisesti Nesvornin kanssa, tosin eri syistä. "Halusin osoittaa, ettei yhtään ylimääräistä jättiläinen planeetta voi olla", Nesvorni sanoo.
Jupiterin suuri punainen piste. Kuva ottanut Voyager 1.
Hän perusteli, että matkalla ulos aurinkokunnasta tämän oletetun planeetan on pitänyt jättää jälki täällä ja siellä Kuiper-vyöllä, alueella, jota kutsutaan "kylmäksi klassiseksi vyöksi". Jos Kuiper-vyö olisi munkki, Batygin jatkaa, kylmästä klassisesta hihnasta tulee sen suklaatäyte - ryhmä esineitä, joiden kiertoradat sijaitsevat käytännössä samalla tasolla Kuiper-hihnan sisällä. Ohittavan planeetan olisi pitänyt rikkoa nämä kiertoradat - ainakin, niin Batygin ja hänen kollegansa uskoivat.
Heidän tietokonemallinsa osoittivat, ettei mitään tällaista ollut tapahtunut. Heidän yllätyksekseen karkotettu planeetta ei olisi tuhonnut kylmää klassista vyötä matkallaan ulos. Tämä ei todista planeetan olemassaoloa - saatu tulos osoittaa vain, että aurinkokunta voisi olla olemassa nykyisessä muodossaan, sekä sen kanssa että ilman sitä. Voisiko tämä planeetta jättää selkeämmän jalanjäljen? Vai palaako rikospaikan analogiaan, onko luistossa jälkiä? Nesvorni uskoo, että sellaiset jäljet saattavat hyvinkin jäädä.
Totuuden ydin
Kuiper-hihnassa on toinen osa - kapea jäisen roskan virta, jota kutsutaan ytimeksi, jonka kiertoradat eivät vastaa Neptunuksen nykyistä asemaa. Sen alkuperä on mysteeri. Nesvorni väitti vuonna 2015, että kenties syy kaikkeen voi olla Neptunuksen liikkuminen auringosta, jonka aikaisempi planeetta on provosoinut.
Kun Neptunus siirtyi lopulliseen kiertoradallaansa ja pyyhkäisi roskat omaan suuntaan vastaaville kiertoradalle, voi jossain vaiheessa paljastua se, joka vapautti tarpeeksi tätä roskaa muodostamaan oman virransa.
Mallit ovat osoittaneet, että sama painovoimavaikutus, joka saattaisi aiheuttaa Jupiterin hypätä kiertoradalta kiertoradalle ja työntää ylimääräisen planeetan pois aurinkojärjestelmästä, olisi voinut tapahtua oikeaan aikaan myös Neptunuksen työntämiseen.
"Tuloksena on jotain ytimen kaltaista", Nesvorni sanoo. "Tämä on epäsuoraa näyttöä … se ei ole lopullinen."
Itse asiassa, emme koskaan tiedä varmasti, mitä tapahtui aurinkokunnassa sen muodostumisen aikana. "Emme voi kirjoittaa aurinkokunnan Raamattua", Batygin sanoo. "Voimme puhua näistä tapahtumista vain hyvin yleisesti."
Jos yksi aurinkokunnan asukkaista todella karkotetaan sen rajoilta, hän on hyvässä seurassa. Viime vuosina tähtitieteilijät ovat löytäneet useita tähten välissä ajautuvia roistoja, jotka todennäköisesti myös heitettiin pois koteistaan. Projektoimalla tämän löytön tulokset muulle galaksille,”Jupiterin kokoisia vapaasti lentäviä planeettoja on paljon enemmän kuin tähtiä”, Nesvorni sanoo.
Tämä voi olla liioittelu - viimeaikaisten arvioiden mukaan jokaisessa neljässä tähdessä on vain yksi Jupiterin kaltainen planeetta -, mutta se on silti miljardeja verkkovierailumaailmoja. Ja nämä ovat vain niitä, jotka ovat kooltaan verrattavissa Jupiteriin. Outcastimme oli todennäköisesti pienempi - noin Neptunuksen kokoinen; ja meillä ei ole aavistustakaan kuinka monta sellaista ruumista vaeltaa galaksissa. Mutta me tiedämme, että universumilla on taipumus suosia pieniä ruokia kuin suuria.
"Lyön vetoa, että heitä on paljon", Nesvorni sanoo. Tähtitieteilijät ovat löytäneet mm. Linnunradalla tuhansia tähtijärjestelmiä, ja monilla niistä on merkkejä törmäyksistä paljon suuremmassa mittakaavassa kuin edellä käsiteltiin. "Se on uskomatonta", Nesvorni sanoo, "kuinka järkevä aurinkokunta on pysynyt."
Christopher Crockett